Да и нет.

На этой странице НАСА есть хорошее краткое изложение того, почему у нас есть времена года (выделено мной):

Это правда, что орбита Земли не является идеальным кругом. Это немного однобоко. В течение части года Земля находится ближе к Солнцу, чем в другое время. Однако в Северном полушарии у нас зима, когда Земля находится ближе всего к Солнцу, и лето, когда оно дальше всего! По сравнению с тем, как далеко находится Солнце, это изменение расстояния до Земли в течение года не имеет большого значения для нашей погоды.

Существует другая причина смены времен года на Земле.

Земная ось — это воображаемый полюс, проходящий прямо через центр Земли «сверху» к «низу». Земля вращается вокруг этого полюса, совершая один полный оборот каждый день. Вот почему у нас есть день и ночь, и почему каждая часть земной поверхности получает их понемногу.

На Земле есть времена года, потому что ее ось не стоит прямо. Давным-давно, когда Земля была молода, считается, что что-то большое ударило Землю и выбило ее из колеи. Таким образом, вместо того, чтобы вращаться с вертикальной осью вверх и вниз, он немного наклоняется.

Земные времена года имеют примерно одинаковую продолжительность, потому что ось постоянно * указывает в одном и том же направлении в течение года, поэтому «сторона», обращенная к солнцу, меняется. Чтобы сгенерировать более изменчивые времена года, вам нужно, чтобы расстояние до солнца значительно менялось или чтобы «сторона» оси вращалась достаточно быстро, чтобы это было заметно на протяжении всей жизни человека. В сочетании с нормальным вращением вокруг Солнца это создаст три разных «сезонных цикла», которые, в свою очередь, в сочетании с относительно непредсказуемыми сезонами в течение нескольких лет.

Вы можете посмотреть на комбинации сигналов здесь , чтобы получить некоторое представление о том, как быстро они объединятся до неузнаваемости (просто представьте формы сигналов как графики температуры и выведите из этого времена года).

Стоит отметить, что каждый из этих трех циклов имеет свои странные астрономические эффекты.

Различное расстояние , также известное как «высокоэллиптическая орбита» и/или «орбита вне центра»: размер Солнца будет меняться в течение года, становясь меньше на дальнем/более холодном конце орбиты и больше на ближнем/более теплом конце. . Это, вероятно , должно быть довольно заметным, чтобы иметь достаточное влияние на времена года, но оно не должно быть огромным. (Солнце имеет размер ~0,5 градуса, поэтому может быть достаточно варьирования ~0,4-~0,6, но я не проводил расчетов.)

Движущаяся ось, также известная как «прецессия»: этот цикл должен быть намного медленнее, чем другие, но 10 лет вместо 26 000 будут иметь большое значение. Это приведет к тому, что «северная» звезда изменится во времени с циклом, что окажет соответствующее влияние на остальные созвездия. Навигация по звездам была бы намного сложнее.

Столкновение с «обычными сезонами»: этот цикл должен быть более быстрым, чем прецессия, и связан с обоими другими, но должна быть возможность иметь цикл, в котором каждый сближение с Солнцем имеет другую сторону планеты. лицом к солнцу, независимо от того, куда направлена ​​ось, изменяя положение дальней точки. «Странный» астрономический эффект для этого заключается в том, что место, где солнце восходит и заходит, меняется со временем, тем самым изменяя продолжительность дня.

_{* Земная ось действительно движется, но настолько медленно, что полный цикл занимает 26 000 лет.}

Я удивлен, что никто еще не упомянул планеты Ситникова .

^{Изображение найдено в Википедии.}

Существует очень маловероятное созвездие, в котором планета движется по оси, проходящей через центр тяжести двойной звездной системы. В такой системе планета может хаотично колебаться, что, учитывая наклон оси вращения планеты, привело бы к разной продолжительности сезонов. Я уверен, что это имело бы другие забавные эффекты, и было бы еще более маловероятным создать эту систему с пригодной для жизни планетой, но я думаю, что это очень точное объяснение смены времен года.

Если вы не хотите, чтобы у ваших планет было два солнца, одна из звезд могла сгореть до того, как планета была захвачена (я почти уверен, что планета должна была быть планетой-изгоем, которая была захвачена существующей системой, чтобы настроить это).

Я не эксперт в этой теме, поэтому не могу предоставить вам количественную информацию, но надеюсь, что это послужит вам отправной точкой для дальнейших поисков. Для тех, кто понимает по-немецки, есть немецкий научный блогер, который подробно написал об этих системах, особенно в связи с «Песнью льда и пламени».

Наконец, для решения проблемы «зачем такая система вообще существует?» Если есть хоть какой-то шанс (пусть и маловероятный), что эта система может быть установлена, то, если предположить бесконечную вселенную и обратиться к теореме о бесконечных обезьянах, эта система обязательно где- то будет существовать .

Конечно, у вас может быть неустойчивая орбита . Это орбита, на которой планета подходит значительно ближе к Солнцу в одной точке, а затем намного дальше в противоположной, но эта орбита также движется. Таким образом, у вас может быть зима, которая намного длиннее другой, а затем очень длинное лето. Это было бы предсказуемо, если бы вы поняли физику орбиты, но я подозреваю, что это было бы по крайней мере в 15 веке, прежде чем это было бы даже близко к пониманию, если бы это произошло на Земле.

Я предложу существенно отличающийся от того, что было сказано до сих пор, подход. Орбита вашей планеты не обязательно должна быть эксцентричной или нестабильной, и при этом ей не нужна быстро колеблющаяся ось вращения.

Причина этих колебаний температуры может быть аналогична ЭНЮК нашей Земли, которая является глобальным явлением, когда температура поверхности экваториальной части Тихого океана колеблется беспорядочно в течение 2-7 лет. Эти различия могут легко достигать 3°C между теплым и холодным периодами, и их чрезвычайно трудно предсказать.

По существу, западная часть Тихого океана обычно теплее восточной. Каждые 2-7 лет это теплое пятно начинает расширяться и дрейфует на восток. Восходящий поток воздуха, который это вызывает над Тихим океаном, вызывает более сильный восточный ветер и меньший западный ветер, что, в свою очередь, ускоряет дрейф этой теплой поверхностной воды на восток.

Как именно этот процесс затем обращается вспять, не совсем ясно , как и причина этого явления, и что именно необходимо для существования такого цикла, также является сложной темой. Поэтому я предлагаю вам продолжить чтение там.

Некоторыми предпосылками, кажется, является большой океан и не слишком много колебаний температуры, помимо этих эффектов. (следовательно, почему это происходит на экваторе).

Я могу себе представить, что на планете, где есть два больших массива суши, разделенных огромным океаном, с востока на запад (и еще один океан поменьше с другой стороны, конечно), который имеет небольшой осевой наклон (и, следовательно, едва заметный традиционный климат) , эти эффекты могут вызвать то, что может показаться нерегулярным сезоном.

Коорбитальная конфигурация

Планета может время от времени менять свою орбиту, что приводит к изменению продолжительности года. Это всего лишь еще один пример среди многих ответов на то, что может привести к удлинению и сокращению сезонов в цикле.

Примером планеты, обладающей этим свойством, является Земля. Наша планета находится в коорбитальной конфигурации с астероидом Круитн . Это означает, что в течение 770-летнего цикла орбита Земли в основном постоянна, но изменяется на 1,3 сантиметра, а затем возвращается примерно на половине цикла. Продолжительность земного года почти постоянна в течение нескольких столетий, затем удлиняется на несколько столетий, а затем возвращается к более короткому году.

Ясно, что для Земли разница незначительна, но влияние на гораздо меньший Круитн проявляется в изменении орбиты более чем на полмиллиона километров. Продолжительность его года по-прежнему изменяется только примерно на 2 дня (он чередуется между примерно 364-дневным годом и примерно 366-дневным годом), но это показывает, что изменение длины года, которое происходит последовательно каждые 770 лет, может поддерживаться. Вы можете получить интересные изменения времени года, если ваш мир находится на одной орбите с планетой такого же размера, как он сам, или с планетой, намного большей, чем он сам. Продолжительность года может меняться, а также меняется расстояние от солнца, так что зима может занимать другую часть этого года.

Есть несколько вариантов (как подробно описано в ответах на этой странице), но один из наиболее возможных с земной установкой - это эксцентрическая орбита, на которую сильно влияют окружающие планеты и солнце планеты. Большая часть этого поста является ссылкой от доктора Ирва. Бумберга из Университета Торонто, Канада, с этой страницы, особый интерес представляет этот раздел. На странице подробно описано, что времена года на Земле на самом деле меняются из года в год, но лишь незначительно.

Это изменение вызвано большей частью небольшим эксцентриситетом орбиты Земли. Мы все в значительной степени знаем, что орбита Земли эллиптическая, а Солнце является одной из центральных точек эллипса. Однако точный путь этой орбиты варьируется, обычно из-за гравитационных эффектов других планет и Луны. Когда Земля проходит ближе к другим планетам, они немного оттягивают ее от своей орбиты, а когда Земля проходит ближе к Солнцу, меняется. Когда Земля находится ближе к Солнцу, она движется быстрее, а когда дальше — медленнее. Это вносит изменения в продолжительность сезонов. Более эксцентричная орбита, чем у Земли, сделает это изменение более очевидным.

Изменение орбиты Земли также частично вызвано движением Солнца. Солнце может «раскачиваться» или немного смещаться от центра орбиты Солнечной системы под действием гравитационной силы Юпитера. Это не имеет большого значения, но может повлиять на то, когда Земля приближается к Солнцу, влияя на смену времен года. Это означает, что в Солнечной системе с Солнцем, которое больше «раскачивалось», сезонная разница была бы больше.

Последним эффектом на орбиту Земли является Луна. Луна также притягивает Землю, немного меняя длину и форму своей орбиты.

Существует достаточно факторов, по которым изменение орбиты оказывает существенное влияние на времена года, и многие из них не очень предсказуемы. Это может привести к непредсказуемым сезонам.

Эта новостная статья дает нам еще один важный вариант. НАСА (опубликовавшее статью по ссылке) использовало телескоп Кеплер, чтобы найти очень необычную планету. Эта планета «качается» вокруг своей оси, как волчок. Первая строка НАСА в статье

Представьте, что вы живете на планете, где времена года настолько непостоянны, что вы даже не знаете, что надеть — шорты-бермуды или толстое пальто.

Что звучит точно так же, как то, что вы ищете. Планета, получившая название Kepler-413b, может наклоняться вокруг своей оси на целых тридцать градусов в год. Это означает, что сезоны будут резко меняться в зависимости от наклона. Орбита Kepler-413b также колеблется, двигаясь вверх и вниз, а также слева направо. Он движется настолько, что его нельзя увидеть с Земли в течение многих лет. Это сделало бы сезоны колеблющимися еще более непредсказуемыми.

Вот изображение, показывающее интересные орбиты Kepler-413b:

Обратите внимание, что система Kepler-413b является бинарной системой, поэтому вполне возможно, что это может иметь эффект.

Наша орбита и излучение нашего Солнца довольно постоянны. Однако солнце оказывает очень большое влияние на нашу погоду как ежедневно, так и в течение гораздо более длительного периода времени. У солнца также есть цикл, где у него есть «горячий» и «холодный» циклы. Солнце с более разнообразными и нестабильными циклами вполне может удлинить или сократить сезон, особенно заметно зимой или летом.

При правильной планетарной и орбитальной конфигурациях продолжительность сезонов может легко варьироваться. На ум приходят две возможности:

• Гораздо большая планета с орбитой немного более эллиптической, чем у целевой планеты, но довольно близко; это вызовет возмущения на орбите меньшей внутренней планеты. Однако это не будет быстрым делом. Кроме того, по крайней мере, используя Землю в качестве ориентира для определения времени развития, эта ситуация, скорее всего, разрешится до того, как сможет развиться большая часть жизни. Скорее всего, либо меньшая планета была захвачена в качестве луны большей, либо была разорвана на пояс астероидов из-за противодействующих гравитационных сил, либо была сброшена со своей орбиты.

• Вторая возможность, хотя и в короткие сроки; экзопланета дрейфует достаточно близко, чтобы повлиять на орбиту — хотя это, вероятно, повлияет на нее один раз, а затем медленно стабилизируется до новой нормы.

Другие гравитационные возмущения, предположительно, могли бы сделать то же самое, но я не вижу никакой разумной причины для такой долгосрочной (по звездным меркам) ситуации, как эта.

Конечно, у вас могут быть какие-то странные орбиты, но нечто подобное возможно и на планетах с обычными орбитами. Для Земли существуют циклы Миланковича и другие влияния, которые делают климат теплее/холоднее и суше/влажнее. Однако есть еще один фактор, насколько стабилен климат. В настоящее время климат не очень стабилен.

Сравним две последние зимы, где я живу (Чехия). Не нужно точных цифр, просто то, как они себя чувствуют. За прошлую зиму (2013/2014) было всего несколько дней, когда температура держалась ниже 0°C (от 1 до 3 недель, если сложить из каких-то двух месяцев, а не одновременно), и я заметил только один день, когда температура была около -5°C и было по крайней мере 10 сантиметров снега (т.е. то, что мы называем здесь "зимой"). Я не помню предыдущую зиму (2012/2013) так точно, поэтому я не уверен, началась ли «настоящая зима» в середине января или в начале февраля. Во всяком случае, это продолжалось определенно больше месяца, а температура около 0°C держалась до апреля.

Так что не надо шатающейся орбиты, просто поместите свой рассказ в какой-то период, когда климат еще менее стабилен, чем сейчас в Центральной Европе.

Да, это возможно и с двойной звездной системой. Я пробовал разные комбинации с программным обеспечением Universal sandbox2 и могу сказать, что единственный способ (который я нашел) действительно повлиять на погоду - это разместить вашу планету на одном и том же расстоянии Земля-Солнце от ближайшей звезды и иметь другую звезду дальше. прочь. Эта вторая звезда может быть главным или младшим партнером.

Если вы хотите что-то похожее на земной климат, у вас может быть звезда, похожая на Солнце (звезда класса G) или немного меньше (звезда K). Другая звезда была бы намного меньше, как красный карлик. Маленькую звезду можно поставить ближе, а это значит, что ее влияние на климат более ощутимо. Вы также можете использовать более крупную звезду, но даже если она находится на расстоянии нескольких миллиардов километров, она нагревает планету, и на 1 цикл могут уйти столетия. Циклы с меньшей звездой были бы короче. Я не могу сказать, насколько вы можете сократить его. В какой-то момент маленькая звезда могла сделать орбиту планеты нестабильной. Красная звезда могла быть относительно небольшой, в пару раз массой Юпитера. Так что я думаю, что это может быть более или менее в 10 AU.

Чтобы узнать, как влияет температура на планету, загляните на эту страницу .

Наконец, вам не нужно беспокоиться о риске появления двух звезд на небе. В лучшем случае это близкая маленькая звезда или яркая, но далекая звезда. Сомневаюсь, что она может быть больше полной луны. Чтобы быть уверенным, вам может понадобиться рассчитать видимую величину второй звезды...

Примечание: я сказал, что это единственная возможность, но также возможно иметь двойную звездную систему, в которой оба партнера находятся близко к центру системы. В этом случае у вас может быть проблема с n-телом, из-за которой орбита планеты может быть нестабильной. Это возможно, но проблема в том, что движение звезды обеспечивает лишь небольшое изменение температуры, а цикл короче сезона.

Другая возможность, которая приводит к различным, но предсказуемым временам года:

Планета находится на близкой орбите вокруг нейтронной звезды, до струй с полюсов ей не добраться. Это самое массивное тело в системе, но оно темное, планету не поджаривает. Он достаточно близко, чтобы быть запертым приливом, так что его «год» — это день, но этот «год» не имеет значения, поскольку звезда темная. Таким образом, жители видят его как день.

В системе есть вторая звезда на довольно круговой орбите. Это определяет год, но достаточно эксцентрично, чтобы создавать времена года.

В системе есть третья звезда, несколько более далекая, но достаточно близкая, чтобы излучать значительное количество тепла. То, насколько близко или далеко находится эта звезда, оказывает большое влияние на время перехода между сезонами: когда она близка, лето длинное, а зима короткая, а когда она далека, происходит обратное. При этом год не меняется.

Добавление большего количества звезд значительно усложнит предсказание времен года (но это также сделает систему более нестабильной). предсказать гораздо труднее, потому что они не могут связать яркие или тусклые звезды с временами года.

Если вы объедините орбиту с большим эксцентриситетом, наклон оси, как у нас, переменную звезду, такую ​​как цефеида, цикл прецессии с короткой осью и цикл прецессии с короткой орбитой, вы сможете сделать почти все, что захотите.

Астрономия сезонов может быть регулярной, в то время как эффективные сезоны (т. е. погода, несмотря на постоянное положение солнца на дату) довольно сильно меняются от года к году. Это происходит во многих местах на Земле, особенно в последнее время, но еще до промышленного нарушения климата. Это происходит потому, что погода планеты сложна и не зависит только от ее орбитального положения, она проходит через различные фазы и аномалии. Погода на некоторых планетах кажется более изменчивой, чем на других, и/или имеют более краткосрочные или долгосрочные штормовые системы (см. Венера против Юпитера). В случае с « Игрой престолов» , о котором вы упомянули , здесь также присутствует магия.

Одна существенная вещь, которую люди не заметили, заключается в том, что существует разница между культурно установленными временами года и астрономическими временами года. «Вегетационный период» — это не астрономическое «лето», а период между заморозками, который сильно различается в зависимости от того, в какой части земного шара вы находитесь. Некоторые общества, особенно доиндустриальные, не будут так зациклены на отмечании времен года по звездам, а вместо этого сосредоточатся на влиянии окружающей среды, которое определяет время года.

Я хотел бы предложить солнечную активность в качестве одного из вариантов (солнечные пятна и т. д.). Нестабильная звезда, может старая звезда или что-то в этом роде. Я думаю, что звезда ближе к концу своей жизни проходит через множество колебаний, помимо простого превращения в разрушающего мир красного гиганта.

Если бы планета находилась на почти круговой орбите с очень прямой осью вращения, единственное заметное изменение времен года было бы связано с солнечной активностью. По сути, то, что они назвали бы зимой и летом, было бы похоже на земные ледниковые периоды или что-то в этом роде. Все, что меняет климат в течение длительного времени, может быть тем, что они называют сезонами. Может быть, регулярные извержения какой-нибудь крупной системы вулканов где-то на планете.

Ледниковый период может быть слишком долгим. Но, возможно, это просто период высокой солнечной активности, который длится несколько лет и заставляет планету быть более теплой и летней в течение длительного периода времени.

С другой стороны, это не повлияет на продолжительность дня, поэтому он будет отличаться от земной зимы. Не знаю, упоминали ли в книгах, что зимой ночи длиннее. Но если нет, то это кажется правдоподобным.

Планета может иметь 3 оси разной длины и вращаться вокруг неустойчивой оси. Это заставляет его кувыркаться, или подехолить . Если акробатика медленная, возможно, в масштабе года, у вас не только разные сезоны в зависимости от текущего наклона и в каком полушарии вы окажетесь, но и восход солнца может быть в любом направлении! Разве это не весело?

В качестве реального примера посмотрите на луну под названием Гиперион .

Вулканическая активность под океаном

До сих пор большинство ответов были сосредоточены на планете, похожей на нашу, с некоторыми странными изменениями в орбитальном пути. Я буду использовать совсем другой подход.

Предположим, планета похожа на нашу, за следующими исключениями:

1. Океаны имеют такую ​​же большую площадь поверхности, но, возможно, всего лишь сто футов в глубину.
2. Кора планеты имеет большие трещины, ведущие к магме
3. Атмосферное давление выше
4. Высоты на планете сильно различаются

Возникнет общая схема сезонов, но с неизвестной продолжительностью.

Вода в океанах, покрывающая трещины, медленно рассеивает тепло, вызывая охлаждение возвышенностей. Вода, которая действительно испаряется, медленно накапливается на возвышенностях в виде снега, пока океаны не станут слишком тонкими, чтобы не дать трещинам напрямую выделять тепло в атмосферу. Атмосфера нагревается непосредственно магмой (беспрепятственно из-за повышения атмосферного давления), повышая температуру на возвышенностях, заставляя снег таять и стекать обратно в океаны. Этот новый сток создает новые модели рек. В зависимости от скорости этого стока он будет нести с собой различное количество наносов. Количество и тип осадка будут вызывать большие различия во времени начала цикла.

Предполагая, что на планете также были бы времена года, подобные нашему, длина смешения двух моделей приведет к неизвестному количеству и продолжительности «зим», особенно с учетом того, что новая модель имеет разную длину.

А как насчет точек Лагранжа L4 и L5 на орбите планеты-гиганта, находящейся в зоне «золотых локонов» своего Солнца?

Объект вблизи одной из этих стабильных точек Лагранжа вращается вокруг нее, но эти орбиты нерегулярны и легко возмущаются. Они будут приближать и удалять планету от Солнца, а также изменять ее положение по отношению к гиганту на его орбите.

Все становится еще менее предсказуемым, если это карликовая звезда, а не планета-гигант. Обычно это вспыхивающие звезды, но другая звезда является основным источником энергии для планеты, так что, может быть, планета Лагранжа находится достаточно далеко, чтобы жизнь могла пережить вспышки?

Одна вещь, в которой я не уверен, заключается в том, является ли планета, достаточно массивная, чтобы содержать воду, «достаточно мала», чтобы иметь стабильную лагранжеву орбиту.

Пример из реальной жизни: в Кёльне четыре сезона (на самом деле пять, пятый — карнавал, но это не метеорологическое явление). Очень короткая или отсутствующая зима (обычно несколько дней в году, когда достаточно холодно и, возможно, даже идет снег), некоторое лето (которое либо неудобно жаркое, либо отсутствует; жаркое состояние может длиться дни, недели или месяцы). ) и обычные дрянные погодные сезоны между ними. Крайним случаем могут быть годы, когда у нас нет настоящего лета и настоящей зимы; в таком случае сезон дрянной погоды может длиться больше года.

Я знаю, что исходный вопрос требует, чтобы > планета < имела времена года разной длины, а не местоположение. Однако сезоны всегда связаны с местами на планете. В экваториальных регионах Земли сезоны практически отсутствуют, а в полярных регионах они очень четко выражены. «Географические аномалии» (океаны, горы) могут довольно сильно влиять на местный климат и времена года.

Если я не сильно ошибаюсь, разница между умеренным климатом, который был у нас около 200 лет назад, и последним ледниковым периодом заключалась в том, что средняя глобальная температура была на 3°C ниже во время ледникового периода.

Во время ледникового периода, очевидно, много льда и снега, оба из которых имеют тенденцию быть яркими и иметь тенденцию отражать много энергии, предотвращая нагревание земли внизу и воздуха наверху.

Итак, рассмотрим обстановку, в которой из-за чего-то вроде колебаний Гольфстрима полярные регионы на 1° холоднее, чем в среднем. Это, вероятно, приведет к тому, что на несколько большую площадь попадет снег, что создаст немного большее охлаждение и так далее. Я думаю, вполне возможно, что это может привести к мини-ледниковому периоду, по крайней мере, на региональном уровне. Если распространение распространится достаточно далеко на юг, могут быть затронуты «кукурузные пояса», что, в свою очередь, повлияет на снабжение продовольствием гораздо более крупного региона.

Погода довольно хаотична и ее трудно предсказать, но я думаю, что с несколько более хрупкой настройкой должно быть возможно иметь гораздо более неустойчивые сезоны, просто основанные на суммировании небольших совпадений.

Я удивлен, что никто не указал, что начальная анимация в шоу показывает солнечную систему кольцевых миров вокруг центральной звезды и различных колец с разными наклонами орбит, которые, кажется, меняются со временем, что приводит к вариациям теневых сезонов для наружные кольца. Это согласуется с увеличенными картами, которые также присутствуют в начальных сценах, где можно ясно увидеть, что кривизна мира соответствует кольцу. Я заметил это в первом эпизоде, когда смотрел, и был немного удивлен, что они никогда не обращались к этому напрямую, но я смотрел весь сериал и не заметил никаких сцен, которые были бы несовместимы с этой структурой мира.

В этом обсуждении с создателем последовательности заголовков даже упоминается концепция мира, находящегося внутри сферы Дайсона: Ссылка